(57)【要約】【課題】  商用系統周波数の周波数制御に寄与できる電源出力変動制御装置を提供する。【解決手段】  電源出力変動制御装置１０が、出力指令値に基づく電源電力を出力するように構成される電源装置２０が接続されている商用系統５０での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１１と、周波数監視手段１１により監視される商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するための電源出力変動目標値を導出する電源出力変動目標値導出手段１２と、電源出力変動目標値導出手段１２により導出される電源出力変動目標値を電源装置へ出力する電源出力変動目標値出力手段１３とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力指令値に基づく電源電力を出力するように構成される電源装置が接続されている商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段と、
前記周波数監視手段により監視される前記商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するための電源出力変動目標値を導出する電源出力変動目標値導出手段と、
前記電源出力変動目標値導出手段により導出される前記電源出力変動目標値を前記電源装置へ出力する電源出力変動目標値出力手段とを備える電源出力変動制御装置。
【請求項２】
前記電源出力変動目標値出力手段は、前記電源装置において前記電源出力変動目標値が前記出力指令値に対して直接加算されるように出力する請求項１記載の電源出力変動制御装置。
【請求項３】
前記電源装置が、電力と熱とを併せて発生するコージェネレーション装置にて構成されている請求項１又は２記載の電源出力変動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用系統に接続されている電源装置が出力する電源電力を変動制御するための電源出力変動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用系統に接続されている電源装置として、電力会社（一般電気事業者）や特定規模電気事業者などが商用電源として設置している発電所や、電気事業者以外の個人や団体などが住宅や様々な施設に設置している分散型電源装置などがある。これら電源装置から商用系統に電源電力を出力するとき、その電源電力の周波数は、基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に合うように送出されている。その結果、商用系統に接続されている電力負荷装置による電力負荷合計と、電源装置から送出される電源電力合計とが釣り合っているときには、商用系統における電力の周波数（以下、「商用系統周波数」と記載することもある）は基準周波数に維持される。
【０００３】
しかし、電源電力合計と電力負荷合計とが釣り合っていないときには商用系統周波数が基準周波数から逸脱することとなる。具体的には、電力負荷合計が電源電力合計よりも大きいとき、商用系統周波数は基準周波数よりも小さくなり、電源電力合計が電力負荷合計よりも大きいとき、商用系統周波数は基準周波数よりも大きくなるという周波数の逸脱が発生する。
【０００４】
商用系統周波数を基準周波数に維持して、上述のような周波数の逸脱の発生を防止することは電力の使用者利益保護のために必要であるので、商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が許容範囲内に収まるように、電力会社は発電所から出力される電源電力を増減させて電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合わせるような周波数制御を行っている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【非特許文献１】横山隆一監修「電力自由化と技術開発」、東京電機大学出版局、２００１年９月２０日、ｐ．１３３〜１３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
商用系統には、電力会社が維持管理する発電所のみから電源電力が出力されるのではなく、個人や団体などが設置している分散型電源装置からも電源電力が出力されている。そして、これら分散型電源装置から商用系統に出力される電源電力は、それらを設置している個人や団体などの都合により変動しがちであり、分散型電源の出力目標値は商用系統周波数の変動に関わらず決定されている。商用系統における電源電力合計と電力負荷合計との釣り合いにより商用系統周波数は決定されるため、商用系統周波数が変動した際にこれを補正する動きをする発電機が少ない場合、商用系統周波数が乱れやすく、需要家や系統全体にとって不利益が発生する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、商用系統周波数の周波数制御に寄与できる電源出力変動制御装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る電源出力変動制御装置の特徴構成は、出力指令値に基づく電源電力を出力するように構成される電源装置が接続されている商用系統での商用系統周波数を監視する周波数監視手段と、
前記周波数監視手段により監視される前記商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するための電源出力変動目標値を導出する電源出力変動目標値導出手段と、
前記電源出力変動目標値導出手段により導出される前記電源出力変動目標値を前記電源装置へ出力する電源出力変動目標値出力手段とを備える点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、周波数監視手段が、出力指令値に基づく電源電力を出力するように構成される電源装置が接続されている商用系統での商用系統周波数を監視し、電源出力変動目標値導出手段が、上記周波数監視手段により監視される商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するための電源出力変動目標値を導出し、電源出力変動目標値出力手段が、上記電源出力変動目標値導出手段により導出される電源出力変動目標値を電源装置に出力することで、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とを釣り合い状態に近づけることができる。その結果、商用系統における電源電力合計と電力負荷合計とが乖離していたときに発生していた商用系統における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が補償される。また、本発明の電源出力変動制御装置は、外部から電源装置の電源出力を制御可能な形態となっている、つまり、電源装置に対して外付けの装置として追加することができるので、商用系統周波数の周波数制御に寄与できる機能を種々の電源装置に対して付加できることになる。
【００１０】
本発明に係る電源出力変動制御装置の特徴構成は、前記電源出力変動目標値出力手段は、前記電源装置において前記電源出力変動目標値が前記出力指令値に対して直接加算されるように出力する点にある。
【００１１】
上記特徴構成によれば、電源出力変動目標値出力手段が、上記電源出力変動目標値が電源装置の本来の出力指令値に対して直接加算されるように出力するので、上記電源出力変動目標値が電源装置側で外乱要因とはならないようにできる。
【００１２】
本発明に係る電源出力変動制御装置の特徴構成は、前記電源装置が、電力と熱とを併せて発生するコージェネレーション装置にて構成されている点にある。
【００１３】
上記特徴構成によれば、商用系統に接続される電源装置を用いて需要者に対して電力と熱とを併せて供給しながら、上述のように商用系統における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１に示す商用系統の概略図では、商用系統５０に対して、コージェネレーション装置としての電源装置２０、発電所３０、及び、商用系統５０における電力を消費する電力負荷装置２２、４０が接続されている。尚、商用系統５０に対して、更に多数の電源装置２０、発電所３０、電力負荷装置４０などが接続されていても構わない。
【００１５】
熱と電力とを併せて発生させるコージェネレーション装置としての電源装置２０は、出力指令値に基づく電源電力をガスエンジン発電装置などの発電機２１から出力するというような標準的な構成であり、発生した電力は電力負荷装置２２及び商用系統５０の少なくとも一方に供給され、発生した熱は、給湯装置、床暖房装置などの排熱利用式の熱負荷装置２３に供給される。
【００１６】
また、電源装置２０に対して外付けで電源出力変動制御装置１０が追加されることで、後述する商用系統周波数の周波数制御に寄与できる機能が電源装置２０に付加されている。この電源出力変動制御装置１０は、上記電源装置２０が接続されている商用系統５０での商用系統周波数を監視する周波数監視手段１１と、周波数監視手段１１により監視される商用系統周波数の基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）からの逸脱を補償するための電源出力変動目標値を導出する電源出力変動目標値導出手段１２と、電源出力変動目標値導出手段１２により導出される電源出力変動目標値を電源装置２０へ出力する電源出力変動目標値出力手段１３とを備える。また、電源出力変動目標値導出手段１２には電源装置２０の出力指令値が提供される。
【００１７】
周波数監視手段１１は、商用系統５０における電圧の商用系統周波数を監視して、その値を電源出力変動目標値導出手段１２に渡している。
電源出力変動目標値導出手段１２は、周波数監視手段１１により監視される商用系統周波数と基準周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）とを比較し、商用系統周波数の基準周波数からの偏差（逸脱量）を導出する。偏差が存在するということは、商用系統５０における電力負荷合計と電源電力合計とが釣り合っていないことを示しているが、電源電力合計を増減させて両者が釣り合うような制御を行えば上記偏差の補償を行うことができる。従って、電源出力変動目標値導出手段１２は、上記偏差の補償に寄与するべく、商用系統周波数の基準周波数からの偏差を補償するために変動させるべき変動電力を、上記偏差の大きさに基づく電源出力変動目標値として導出する。
【００１８】
具体的には、商用系統周波数の基準周波数からの偏差の大きさと、上記電源出力変動目標値との関係は、発電機２１に固有の特性（定格出力、調定率、発電制御時定数、ガバナ制御時定数など）や、発電機２１に求められる運転条件などに基づいて予め設定されている関係が用いられる。
例えば、図２に例示する周波数偏差（商用系統周波数の基準周波数からの逸脱）と電源出力変動目標値との関係のグラフのように、電源出力変動目標値は偏差の関数で表される関係にあり、周波数偏差の大きさが所定の不感帯：Ａ１、Ａ２を越えると、電源出力変動目標値が偏差を関数とする一定の変化率：Ｃ１、Ｃ２で変化する。この不感帯Ａ１、Ａ２の値と変化率：Ｃ１、Ｃ２の値とは、発電機２１に固有の特性や発電機２１に求められる運転条件などに基づいて適宜設定される。
【００１９】
但し、出力指令値によって指令された本来出力されるべき電力に比べて上記電源出力変動目標値の比率が大きくなると、発電機２１から出力される電力は、本来出力されるように指令された電源電力から大きく変動して、この発電機２１の設置者の利益を損なうことになってしまう。
そこで、電源出力変動目標値導出手段１２は、図２及び図３に示すように、上記電源出力変動目標値の大きさを、出力指令値の大きさに応じて設定される変動許容範囲内であるような変動幅に制限している。つまり、図２のグラフに示す変動許容範囲：Ｂ１、Ｂ２は、電源装置２０から提供される出力指令値に応じて変動する値であり、例えば、出力指令値の大きさの±３％の範囲などを設定することができる。以上の結果、本来出力されるように指令される出力指令値にこの電源出力変動目標値を加算する程度であれば、発電装置２０の設置者利益を損なうことなく、商用系統周波数を基準周波数に近づけるための周波数制御に貢献できる。
【００２０】
以下に、電源装置２０において行われる発電機２１の電源出力制御について説明する。
電源装置２０では、電源出力変動制御装置１０から出力された電源出力変動目標値が加算器１において本来の出力指令値に直接加算されて、図３に示すような出力制御値が得られる。つまり、出力指令値に対して後述するような他の処理が行われる前に、電源出力変動目標値が出力指令値に加算されている。従って、電源出力変動制御装置１０から電源装置２０に対して出力される電源出力変動目標値が、電源装置２０において外乱要因とはならないようにできる。また、電源出力変動制御装置１０の電源出力変動目標値出力手段１３は、電源装置２０での出力指令値に対して加算可能であるように、その出力指令値の信号形式に合わせた形態で出力する。例えば、上記電源出力変動目標値は、４〜２０ｍＡ、０〜５Ｖのアナログ信号で出力される。
次に、減算器２は、発電機２１での現在の電源出力を示す実出力電力値を加算器１の出力から差し引いて、周波数偏差を小さくするために、現在の電源出力に対してどれだけ電源出力を変動させる必要があるのかを表す偏差を導出する。
【００２１】
ゲイン設定器３は、減算器２にて計算された、電源電力の変化量を表す偏差をエンジン回転数速度へ変換する。また、減算器４では、現在の発電機２１のエンジン回転数が定格回転数に対してどの程度の回転数速度であるのかを導出する。そして、減算器５は、ゲイン設定器３の出力から減算器４の出力を減算して、周波数偏差を小さくするために、発電機２１に与えられるエンジン回転数速度の指令値を導出する。
【００２２】
ゲイン設定器６には発電機２１の調定率が設定されており、減算器５から入力されたエンジン回転数速度を燃料量指令信号（ガバナ開度）へと変換する。その後、低値選択器７は、ゲイン設定器６にて得られた燃料量指令信号、又は、その燃料量指令信号に数％〜１０％負荷相当分加算されたロードリミッタ制御信号の最低値を選択し、ガバナ指令値として発電機２１の燃料関係弁を制御する。そして、発電機２１から所望の電源電力が出力されることになる。
【００２３】
以上のように、電源出力変動制御装置１０は、商用系統５０において発生する周波数偏差を小さくするための電源出力変動目標値を導出し、その電源出力変動目標値を電源装置２０に出力することで、電源装置２０では、本来の出力指令値にその電源出力変動目標値を加算して得られる出力制御値で、発電機２１の運転制御が行われることになる。その結果、商用系統５０における電源電力合計と電力負荷合計とが釣り合い状態に近づくことになり、商用系統５０における電源電力合計と電力負荷合計とが乖離していたときに発生していた商用系統５０における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱が補償されることになる。
【００２４】
＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、図２及び図３に示した変動許容範囲Ｂ１、Ｂ２として、電源装置２０の本来の出力指令値の±３％の値とする場合について例示したが、その±３％という比率を適宜変更して設定することができる。例えば、出力指令値の±５％の範囲を変動許容範囲として設定するような改変も可能である。また、その比率の大きさを固定値とするのではなく、出力指令値の大きさに応じて変化させても構わない。例えば、出力指令値が４０００（ｋＷ）であるときの比率は±３％と設定し、出力指令値が５０００（ｋＷ）であるときの比率は±４％とするような改変も可能である。
その際、比率を大きな値に設定して、変動許容範囲が大きくなることを許容すると、例えば、電力負荷装置２２で使用されるために発電機２１から電力が出力されるというよりも、むしろ商用系統５０における商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するために発電機２１から電力が出力されることとなってしまい、発電機２１に余分な燃料コスト、メンテナンスコストなどが必要になるという設置者の不利益が生じる。他方で、変動許容範囲が大きいほど、商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償する能力が大きくなる。従って、変動許容範囲は、電源装置２０の発電機２１の設置者の不利益にならない範囲で可能な限り大きく設定することが好ましい。
【００２５】
或いは、電源装置２０の設置者の利益・不利益に拘わらずに変動許容範囲を設定しても構わない。そして、商用系統５０を維持管理して、商用系統５０での商用周波数を基準周波数に維持する電力会社などが、商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償したときの電源装置２０の設置者による貢献度に応じて、設置者が被った不利益を金銭などにより補償するような仕組み構築することもできる。
【００２６】
＜２＞
上記実施形態及び上記別実施形態では、電源出力変動目標値導出手段１２が、上記電源出力変動目標値の大きさを、出力指令値の大きさに応じて設定される変動許容範囲内であるような変動幅に制限している構成について説明したが、本発明は上記構成に限定されない。例えば、電源出力変動目標値導出手段１２が、上記電源出力変動目標値の大きさを、発電機定格に対してあらかじめ定めた割合（±３％、±５％など）の変動許容範囲内であるような変動幅に制限する構成にしてもよい。
【００２７】
＜３＞
上記実施形態では、図１に例示したように、発電機２１に対して本来の出力指令値が与えられ、その出力指令値に対して電源出力変動目標値が加算されて、商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するような出力制御値を導出するような演算処理が行われる場合について説明したが、例えば、電源装置２０には熱負荷装置２３が設けられているため、発電機２１に電力に関する出力指令値が与えられるのではなく、熱に関する出力指令値が与えられることもある。発電機２１に熱出力指令値が与えられるとき、その熱出力指令値にしたがって運転を行ったときに発電機２１から併せて出力される電力を出力指令値と見なすこともできるので、電源出力変動目標値導出手段１２は、電源装置２０から受け取った熱出力指令値を上記出力指令値に換算し、その出力指令値に対して、上記実施形態と同様の手法によって商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するような出力制御値を加算して、商用系統周波数の基準周波数からの逸脱を補償するような制御が行われる。
【００２８】
＜４＞
上記実施形態において、図２に例示した周波数偏差と電源出力変動目標値との関係を示すグラフでは、不感帯Ａ１、Ａ２、変動許容範囲：Ｂ１、Ｂ２、及び、変化率：Ｃ１、Ｃ２の夫々の値の絶対値を同じにした対称形状としているが、不感帯Ａ１の値と不感帯Ａ２の値は絶対値が異なっていてもよく、また、変動許容範囲Ｂ１の値と変動許容範囲Ｂ２の値、変化率Ｃ１の値と変化率Ｃ２の値とは絶対値が異なっていてもよい。また、不感帯Ａ１、Ａ２、変動許容範囲：Ｂ１、Ｂ２、及び、変化率：Ｃ１、Ｃ２の値は適宜設定可能であり、例えば、不感帯Ａ１、Ａ２を零にしてもよい。
また、不感帯Ａ１、Ａ２、変動許容範囲：Ｂ１、Ｂ２、及び、変化率：Ｃ１、Ｃ２の値が、時刻によって変動するように設定してもよい。例えば、朝と夕方に大きな電力を使用し、昼間にはほとんど電力を使用しない需要家の場合、自分自身が電源装置２０を使用する朝と夕方には、不感帯Ａ１、Ａ２を大きく、変動許容範囲：Ｂ１、Ｂ２を小さく、変化率：Ｃ１、Ｃ２を小さくすることで、商用系統周波数の周波数制御にあまり寄与しないように設定し、自分自身が電源装置２０をほとんど使用しない昼間には、不感帯Ａ１、Ａ２を小さく、変動許容範囲：Ｂ１、Ｂ２を大きく、変化率：Ｃ１、Ｃ２を大きくすることで、商用系統周波数の周波数制御に大きく寄与するように設定する形態が考えられる。
【００２９】
＜５＞
上記実施形態では、ガスエンジン発電装置などの発電機２１が設けられた電源装置２０を例に挙げて本発明の説明を行ったが、燃料電池などの他の発電機が設けられた電源装置２０であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の電源出力変動制御装置は、商用系統における商用系統周波数を基準周波数に維持するために使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】商用系統の概略図
【図２】周波数偏差と電源出力変動目標値との関係を示すグラフ
【図３】商用系統周波数と電源出力制御値の時間推移を示すグラフ
【符号の説明】
【００３２】
１０  電源出力変動制御装置
２０  電源装置
５０  商用系統
１１  周波数監視手段
１２  電源出力変動目標値導出手段
１３  電源出力変動目標値出力手段
【図１】
2006311745.tif 000003
【図２】
2006311745.tif 000004
【図３】
2006311745.tif 000005